1.泵軸封技術(shù)概況

      近年來,世界泵業(yè)在密封技術(shù)的研究和開發(fā)方面所取得的成就十分顯著，主要是在新密封技術(shù)、密封產(chǎn)品和密封系統(tǒng)三個(gè)方面有了很大的進(jìn)展。

    填料密封作為泵的傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)，由于其有一定量的泄漏和在高速下效果差等問題，使用領(lǐng)域日益縮小。但近年來隨著石棉繩的逐步淘汰，在填料密封技術(shù)方面也取 得了一些新的進(jìn)展。例如，壓縮填料密封目前在整個(gè)英國工業(yè)領(lǐng)域正顯示其強(qiáng)大的生命力。這類合成纖維、陶瓷以及聚四氟乙烯等材料制成的低磨擦的壓縮填料比石 棉填料具有更好的化學(xué)適應(yīng)性、耐磨能力、耐高溫以及更長的使用壽命，而且價(jià)格也不高。

    目前，機(jī)械密封在泵用密封市場上占據(jù)的份額越來越大，各種新設(shè)計(jì)的機(jī)械密封對*的增長起了很大作用。zui為突出的是集裝式密封。這種密封易于安裝和維 護(hù)，又安全可靠，但價(jià)格相當(dāng)昂貴。另一種引人注目的機(jī)械密封是剖分式密封，這種密封不需拆卸泵就可以進(jìn)行更換。再有就是熱流體動壓密封、備用密封以及不對 稱成型金屬波紋管密封等新結(jié)構(gòu)。此外，串聯(lián)式密封和雙端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)與一種沖洗系統(tǒng)配合使用時(shí)，防止了危險(xiǎn)物質(zhì)的泄漏并允許輸送磨蝕性介質(zhì)。預(yù)計(jì)今后機(jī) 械密封的發(fā)展很可能集中在采用“上游式泵送密封”和“磁性流體密封”或者類似技術(shù)來提高密封系統(tǒng)功能的完整性。“上游式泵送密封”是一種利用各種密封面流 槽將密封面低壓側(cè)（下游）的少量泄漏流體泵送回高壓側(cè)（上游）的新概念。而“磁性流體密封”是從航天工業(yè)項(xiàng)目中派生的新技術(shù)，具有無泄漏和不磨損的特點(diǎn)。

      2.上游式泵送密封

      “上游式泵送密封”是一種利用各種密封 面流槽將密封面低壓側(cè)（下游）的少量泄漏流體泵送回高壓側(cè)（上游）的新概念。它是串聯(lián)密封和雙端面密封之間的一種混合結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)和工作原理上，看上去像 是一種在兩個(gè)端面之間具有一種低壓阻擋液的備用端面密封結(jié)構(gòu)。在功能方面，它起雙端面密封的作用。主密封中的泵送機(jī)理是這樣的：密封中產(chǎn)生的壓力從低壓阻 擋區(qū)到高壓介質(zhì)端形成微弱的泵送能力。普通型端面主密封由一種小容量高壓“泵”—上游式泵送密封所取代。這種“泵”將少量的阻擋液沿著通常由機(jī)械密封密閉 的通路推進(jìn)，并且送入密封腔內(nèi)。由于密封腔所處的壓力高于阻擋液，因此這種密封被看作是向上游進(jìn)行泵送。上游式泵送密封可以適用于有毒和危險(xiǎn)介質(zhì)、磨料性 介質(zhì)和渣漿、潤滑性差的各種介質(zhì)以及高PV值的場合。符號PV是密封制造商和用戶常用的表達(dá)式，用來表示在給定液體中端面材料組合的壓力—速度極限。高速 泵通常屬于高PV值的使用條件，由于雙端面密封需要較高的緩沖液壓力，因而采用雙端面密封會使情況變得更壞。長期以來，高速泵工業(yè)一直受到高PV值的困 擾。上游式泵送密封基本上是非接觸運(yùn)行，因而*消除了PV值的分量。由于不需要比密封腔壓力高的阻擋液壓力，上游式泵送密封為高速泵工業(yè)擺脫困境提供了 一條有效的途徑。

     上游式泵送密封的原理是動水壓力和靜水壓力相平衡。有卡環(huán)、彈簧和主密封環(huán)的密封端是靜止部件，與之相配的轉(zhuǎn)動密封環(huán)上有螺旋槽。槽型是一系列凹進(jìn)的對數(shù) 螺線。螺旋槽外圈未開槽的部分稱作密封壩。當(dāng)施加壓力時(shí)，在密封面上產(chǎn)生的是靜水壓力，而且當(dāng)配對密封環(huán)靜止或轉(zhuǎn)動時(shí)都會產(chǎn)生這種力。動水壓力只在轉(zhuǎn)動時(shí) 才產(chǎn)生。轉(zhuǎn)動時(shí)螺旋槽起到?jīng)Q定性作用，它可以充當(dāng)一個(gè)壓力形成裝置。當(dāng)阻擋液進(jìn)入螺旋槽中時(shí)，就被引到外徑處，在此處受到密封壩的阻力。壓力的增大使得撓 性安裝的端面能夠竄動，從而調(diào)整密封間隙。一種“泵－節(jié)流閥”原理在起作用，形成了非接觸運(yùn)行方式，同時(shí)使被抽送液體從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)?？刂泼芊膺\(yùn)行的 力是軸向的。張開力是螺旋槽產(chǎn)生的壓力與端面兩側(cè)的壓力降之和，而閉合力是作用在端面后部的系統(tǒng)壓力與彈簧力之和。如果由于受到干擾而使密封間隙縮小，液 膜內(nèi)的力就會明顯增大。同樣，如果密封間隙增大，那么液膜內(nèi)的力就會減小。在這兩種情況下，原來的間隙很快會重新恢復(fù)。與單純靜壓型密封不同的是，上游式 泵送密封既有動壓又有靜壓，因此與轉(zhuǎn)速和壓力都有關(guān)。而靜壓型密封是通過壓力形成密封間隙，因而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。

       3.磁性流體密封

      “磁性流體密封”是一個(gè)來自美國* 空間項(xiàng)目的典型派生技術(shù)，至今已有三十多年的歷史。zui初的開發(fā)用于在外層空間失重的條件下推動火箭燃料，這種利用磁力來控制流體的技術(shù)已經(jīng)被有關(guān)工程技術(shù) 人員推廣應(yīng)用到地面上。磁性流體主要由三個(gè)部分構(gòu)成：載流體（通常為低蒸汽壓的碳?xì)浠衔锘蛘咛挤衔铮?、表面活化劑（一種化學(xué)粘結(jié)劑）和磁性顆粒（極 小的磁鐵礦球）。表面活化劑將磁性顆粒粘結(jié)到載流體中使之成為膠態(tài)懸浮體，從而產(chǎn)生相應(yīng)的流體磁性。在過去三十年中，這種簡單的密封原理已應(yīng)用在眾多的結(jié) 構(gòu)中，有無數(shù)的磁性流體密封在運(yùn)行。它能夠?qū)φ婵栈剞D(zhuǎn)裝置的軸進(jìn)行密封。這類裝置遍及半導(dǎo)體和真空工業(yè)中，上述工業(yè)依靠磁性流體密封無泄漏、不磨損的特點(diǎn) 來提供恒定的質(zhì)量。計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動器行業(yè)已經(jīng)安裝了數(shù)百萬的磁性流體密封，用作驅(qū)動器電機(jī)和精密存儲裝置之間的隔離密封。這種密封的優(yōu)勢就在于：較低的安 裝成本和可靠的使用壽命。

     磁性流體密封的主要部件包括一種磁性流體、一個(gè)磁鐵環(huán)、二個(gè)磁極片和一個(gè)可導(dǎo)磁的軸或軸套。由固定極片和轉(zhuǎn)動軸形成的磁回路根據(jù)極性將磁通量集中在極片下 的徑向間隙內(nèi)。當(dāng)將一種磁性流體加到徑向間隙時(shí)，它就呈現(xiàn)“液態(tài)O形環(huán)”的形式，并且在軸的四周形成一個(gè)無泄漏的密封。所有磁性流體密封均具有下列固有的 特性：無需外部動力；不產(chǎn)生接觸，無磨損；軸靜止或轉(zhuǎn)動時(shí)無泄漏；長而可靠的使用壽命；低的轉(zhuǎn)矩和zui小的能耗。磁性流體密封還具有*的自行恢復(fù)的特點(diǎn)。 當(dāng)過高的壓力通過磁性密封時(shí)，密封區(qū)域內(nèi)短時(shí)間的過高壓力會使一部分磁性流體瞬時(shí)從軸的四周排出，在超壓狀態(tài)期間，磁性流體保持封閉在密封體內(nèi)，當(dāng)干擾狀 態(tài)結(jié)束后，仍以原壓力重新形成密封。

     專門為泵設(shè)計(jì)的基于磁性流體密封技術(shù)的新型輔助集裝式密封,是目前泵制造廠和用戶可以替代磁力驅(qū)動泵和復(fù)雜雙重密封系統(tǒng)的一種經(jīng)濟(jì)有效的密封方法，而且它 易于在現(xiàn)有的泵上重新改裝。用這種經(jīng)過充分驗(yàn)證的技術(shù)密封的泵可以滿足zui嚴(yán)格的析出物控制條例。磁性流體集裝式密封是一種輔助的二次密封，它與主機(jī)械密封 相結(jié)合，形成一個(gè)揮發(fā)性有機(jī)物保護(hù)系統(tǒng)。由磁性結(jié)構(gòu)和磁性流體形成的“液體O形環(huán)”防止了主密封蒸汽泄漏逸出，從而在泵軸周圍形成一個(gè)密閉式密封。

     經(jīng)過數(shù)年的生產(chǎn)運(yùn)行之后，泵用戶一致認(rèn)為磁性流體密封具有下列優(yōu)點(diǎn)：對現(xiàn)有的泵可以進(jìn)行簡單的重裝改進(jìn)；靜態(tài)和動態(tài)兩種條件下的泄漏為零；較低的安裝和使 用成本；儀器儀表簡單，便于監(jiān)控；能夠在原位重新裝填和測定壓力；檢修要求低；無阻擋液或復(fù)雜的密封輔助系統(tǒng)；無磨損件，維護(hù)明顯減少。

    基本的泵用集裝式密封的結(jié)構(gòu)是按照整個(gè)泵工業(yè)的通用驗(yàn)收要求設(shè)計(jì)的。通過裝有可選用的冷卻裝置（適用于高溫裝置）或者可選用的氣體凈化系統(tǒng)（保護(hù)密封元件 免受環(huán)境腐蝕），集裝式密封可以應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。這種密封技術(shù)還有*的準(zhǔn)確監(jiān)控主密封性能的能力，并且能在嚴(yán)重事故發(fā)生前預(yù)測故障或識別問題。由于 二次磁性流體密封攔截了全部主密封的蒸汽泄漏，所以一個(gè)簡單的流量計(jì)就可準(zhǔn)確地監(jiān)控主密封，并且在泄漏過大時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。正在研究的新進(jìn)展包括裝在集裝 盒內(nèi)的一種整體高壓液體密封。這種密封在主機(jī)械密封嚴(yán)重失效時(shí)將充當(dāng)一個(gè)安全裝置。另一項(xiàng)研究計(jì)劃是開發(fā)一種返回到泵吸入側(cè)的*方法，主密封逸出的蒸汽 和微小液體泄漏量可以由二次集裝式密封封閉。這樣就可以取消火炬或其它排放裝置并且zui終形成一個(gè)閉式的揮發(fā)性有機(jī)物回收系統(tǒng)。

    磁性流體密封技術(shù)對于密封泵泄漏的析出物早已證明是100%有效的。隨著流程工業(yè)的設(shè)計(jì)人員和用戶對這種技術(shù)的逐漸認(rèn)識和了解，這種密封技術(shù)的使用范圍將日益擴(kuò)大。它很有可能成為未來工業(yè)界迎接環(huán)境密封挑戰(zhàn)的一種經(jīng)濟(jì)有效的方式。

     在國內(nèi)，由于國人的環(huán)保意識不強(qiáng)，環(huán)保法規(guī)不夠健全，再加上執(zhí)行力度也不夠，人們對泵泄漏的問題普遍重視不足。從而使國內(nèi)泵制造廠對如何zui大限度地減少泵 （尤其是工業(yè)用泵）泄漏的研究投入很少。致使國產(chǎn)泵軸封裝置的研制、開發(fā)水平與*水平相比有較大差距。隨著我國加入WTO，以及zui近五年優(yōu)先發(fā)展環(huán) 保產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略方針的提出，可以預(yù)見，大力改善泵的軸封裝置，減少泵的泄漏量將會成為今后我國工業(yè)用泵的一個(gè)發(fā)展趨勢。